半导体物理基础

半导体物理简介 1 . 半导体材料介绍 半导体的种类 半导体物理简介 半导体的键结与晶格结构 半导体中的导电载子---电子与电洞 产生与复合 带沟与半导体的光电特性 半导体的掺杂 2 . 半导体之导电行为 移动电流与扩散电流 多出载子的传导行为 1 半导体物理简介 本章是要简介以半导体为基础的近代电子学中的基本概念，包括半导体材 料、基本半导体组件，以及应用。这里仅提供简单且直觉的物理图像，严谨的探 讨与推导公式不在描述的范围内。 电子技术的进步造就了我们目前信息计算机产业的发展，更改变了我们日常生 活形态，甚至人类的思考模式、文化活动以及国家间之政治与军事的互动。电子 技术中的主角就是半导体。因此，我们将由半导体材料的种类及特性开始介绍， 并就他的重要导电行为加以讨论，再来介绍最基本的半导体组件---二极管。对于 二极管有了初步了解后，三极体（或称为双极晶体管 BJT）的特性就很容易能够 掌握。场效晶体管（FET）的操作原理和三极体完全不相同，这里会特别介绍在 近代计算机中用得最多的金氧半场效晶体管（MOSFET）。除了基本组件的原理描 述外，对于一些特殊功能的组件，例如发光二极管、二极管雷射、高频晶体管等， 均将略加介绍。最后我们将就集成电路技术的内容及发展做简短的描述，并探讨 他们在现代人类生活中扮演的角色。 1 半导体材料 半导体(semicondu ctor)顾名思义系指导电度介于导体与绝缘体的物质，图 1 将一些常见材料依其导电度（下方横轴）标出，上方横轴所标示的是对应的电阻 率。半导体的导电度大约介于 10-8到 103 S/cm 之间，范围相当的广，即使是同 一半导体材料的分布也很大，这主要是由于半导体的导电性很容易受到杂质、温 度及光照等制备及环境条件的影响。也正是由于半导体的这个多变的特性，使得 他能够有多样性的应用。 图 1 一些常见材料依其导电度（下方横轴）及电阻率（上方横轴）标出。 半导体的种类 半导体材料依其构成的元素可分为元素半导体（element semicondu ctors ）以 2 半导体物理简介 及化合物半导体(compou nd semicondu ctors)。元素半导体，例如硅(silicon, Si)、 锗(germaniu m, Ge)，由单一的四价元素（有四个价电子）所形成。常见化合物半 导体又可依照成分元素的周期表分类分为四四族化合物半导体（如碳化硅 SiC、 硅锗合金等）、三五族化合物半导体（如砷化镓 GaAs、氮化镓 GaN、磷化镓 GaP...